【同步】高中物理魯科版(2019)選擇性必修2：第4章第2節(jié)電磁波的發(fā)射傳播和接收課件

第4章第2節(jié)電磁波的發(fā)射、傳播和接收學(xué)習(xí)目標(biāo)思維導(dǎo)圖1.了解電磁波的發(fā)射、傳播和接收的基本原理。(科學(xué)思維)2.知道調(diào)制、調(diào)諧、電諧振、解調(diào)(檢波)等概念的意義及區(qū)別。(物理觀念)3.了解無(wú)線電波的三種主要傳播途徑及其特點(diǎn)。(科學(xué)思維)基礎(chǔ)落實(shí)·必備知識(shí)全過(guò)關(guān)重難探究·能力素養(yǎng)全提升目錄索引

學(xué)以致用·隨堂檢測(cè)全達(dá)標(biāo)基礎(chǔ)落實(shí)·必備知識(shí)全過(guò)關(guān)一、電磁波的發(fā)射1.發(fā)射條件(1)振蕩頻率

;

(2)電場(chǎng)、磁場(chǎng)盡可能分布到

。

2.開放電路為了滿足發(fā)射條件,可以

電容器的極板面積,

極板間距,使電容器變成兩條長(zhǎng)的直導(dǎo)線,一條深入高空成為

,另一條接入地下成為

,形成開放電路。

3.電磁波的調(diào)制把低頻電信號(hào)加載到高頻等幅振蕩電流上稱為調(diào)制,常用的調(diào)制方式有

和

兩種。

足夠高

較大的空間減小增大天線地線調(diào)頻調(diào)幅想一想開放電路是如何形成的?提示

在LC振蕩電路中減小電容器的極板面積,增大極板間距,使電容器變成兩條長(zhǎng)的直線,一條豎立在高空成為天線,另一條接入地下成為地線,使電場(chǎng)完全暴露在空中,形成開放電路。二、電磁波的傳播1.無(wú)線電波通常有三種傳播途徑:

、

和

。

2.地波是沿地球表面空間傳播的無(wú)線電波。在無(wú)線電技術(shù)中,通常采用地波的形式傳播長(zhǎng)波、中波和

波。

3.天波是靠大氣中

的反射傳播的無(wú)線電波。

最適合采用天波的形式傳播。

4.空間波是像光束那樣沿

傳播的無(wú)線電波。這種傳播方式適用于

和

,此外衛(wèi)星中繼通信、衛(wèi)星電視轉(zhuǎn)播等也主要是利用空間波作為傳輸途徑。

地波天波空間波中短電離層短波直線超短波微波通信想一想(1)電磁波的傳播速度由什么決定?(2)由空氣進(jìn)入水中,電磁波會(huì)發(fā)生怎樣的變化?提示

(1)電磁波的傳播速度由介質(zhì)和頻率共同決定。(2)電磁波的頻率不變,傳播速度變小,波長(zhǎng)變短。三、電磁波的接收1.電諧振現(xiàn)象當(dāng)接收電路的固有頻率跟收到的電磁波的頻率相同時(shí),接收電路中產(chǎn)生電流最強(qiáng)的現(xiàn)象。與機(jī)械振動(dòng)中的

現(xiàn)象類似。

2.調(diào)諧在無(wú)線電技術(shù)中,對(duì)空間存在的各種頻率的電磁波,需要選擇某一種特定的

接收的過(guò)程。

3.調(diào)諧電路能夠進(jìn)行調(diào)諧的接收電路。調(diào)節(jié)調(diào)諧電路可調(diào)電容或電感,改變電路的

,使它與要接收的電臺(tái)的電磁波的頻率相同,這個(gè)電磁波在調(diào)諧電路里激起的電流最強(qiáng)。

共振頻率固有頻率想一想(1)電磁波的發(fā)射應(yīng)該采用怎樣的電路?(2)電視機(jī)是怎樣接收電視信號(hào)的?(3)障礙物與雷達(dá)間距該如何確定?提示

(1)應(yīng)該用開放電路。(2)由電視天線接收電磁波,經(jīng)調(diào)諧、解調(diào)后得出所需信號(hào)。(3)障礙物與雷達(dá)間距為x=,其中t為發(fā)射無(wú)線電波到接收反射波的時(shí)間,c為光速。易錯(cuò)辨析

判一判(1)為了使振蕩電路有效地向空間輻射能量,必須是閉合電路。(

)(2)當(dāng)接收電路的固有頻率與收到的電磁波的頻率相同時(shí),接收電路中產(chǎn)生的振蕩電流最強(qiáng)。(

)(3)當(dāng)電磁波在空間傳播時(shí),電磁能也隨著一起傳播。(

)(4)電視接收天線收到電磁波經(jīng)過(guò)調(diào)制和解調(diào)還原成圖像和聲音。(

)×提示

為了有效地向空間輻射能量,必須是開放電路。

√√×提示

電視接收天線收到電磁波經(jīng)過(guò)解調(diào)還原成圖像和聲音。

即學(xué)即用

練一練1.為了使需要傳遞的信息(如聲音、圖像等)加載到電磁波上發(fā)射到遠(yuǎn)方,必須對(duì)振蕩電流進(jìn)行(

)A.調(diào)諧

B.放大C.調(diào)制

D.檢波C解析

把要傳遞的信息(如聲音、圖像等)加載到電磁波上發(fā)射出去的過(guò)程叫做調(diào)制,故只有C正確,A、B、D三項(xiàng)應(yīng)是電磁波接收端需進(jìn)行的過(guò)程。2.(多選)關(guān)于電磁波的接收,下列說(shuō)法正確的是(

)A.當(dāng)處于電諧振時(shí),所有的電磁波都能在接收電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流B.當(dāng)處于電諧振時(shí),只有被接收的電磁波才能在接收電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流C.由調(diào)諧電路接收的感應(yīng)電流,再經(jīng)過(guò)耳機(jī)就可以聽到聲音了D.由調(diào)諧電路接收的感應(yīng)電流,再經(jīng)過(guò)檢波、放大,通過(guò)耳機(jī)才可以聽到聲音AD解析

當(dāng)處于電諧振時(shí),所有的電磁波都能在接收電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流,只不過(guò)頻率跟調(diào)諧電路固有頻率相等的電磁波,在接收電路中激發(fā)的感應(yīng)電流最強(qiáng)。由調(diào)諧電路接收的感應(yīng)電流,要再經(jīng)過(guò)檢波(也就是調(diào)制的逆過(guò)程)、放大,通過(guò)耳機(jī)才可以聽到聲音,故正確選項(xiàng)為A、D。重難探究·能力素養(yǎng)全提升探究一電磁波的發(fā)射情境探究將兩根鋁管固定在感應(yīng)線圈的兩極上,另兩根鋁管接微安表頭并固定在絕緣手柄上,如圖所示。(1)接通感應(yīng)線圈電源,把手柄上兩鋁管平行靠近感應(yīng)線圈上的兩鋁管,你看到了什么現(xiàn)象?為什么?(2)當(dāng)把感應(yīng)線圈兩極上的鋁管拆掉后,把手柄靠近感應(yīng)線圈有什么現(xiàn)象?為什么?要點(diǎn)提示

(1)微安表頭指針偏轉(zhuǎn),因?yàn)榻^緣手柄上的鋁管接收到了電磁波。(2)沒有裝鋁管時(shí),微安表頭指針不偏轉(zhuǎn),說(shuō)明絕緣手柄上的鋁管沒有接收到電磁波。因?yàn)榘l(fā)射電磁波要有天線。知識(shí)歸納1.有效發(fā)射電磁波的條件要有效地向外發(fā)射電磁波,振蕩電路必須具有的兩個(gè)特點(diǎn):(1)要有足夠高的振蕩頻率。頻率越高,振蕩電路發(fā)射電磁波的本領(lǐng)越大,如果是低頻信號(hào),要用高頻信號(hào)運(yùn)載才能將其更有效地發(fā)射出去。(2)采用開放電路。采用開放電路可以使振蕩電路的電磁場(chǎng)分散到盡可能大的空間,如圖所示。高頻振蕩、開放電路

由閉合回路變成開放電路

實(shí)際的開放電路:線圈的一端用導(dǎo)線與大地相連;線圈的另一端與架在空中的天線相連。無(wú)線電波就是由這樣巨大的開放電路發(fā)射出去的。2.調(diào)制(1)調(diào)制:在電磁波的發(fā)射過(guò)程中,使電磁波隨各種信號(hào)而改變的技術(shù)。(2)調(diào)制的分類①調(diào)幅:使高頻電磁波的振幅隨信號(hào)的強(qiáng)弱而改變的調(diào)制技術(shù),如圖所示。調(diào)振幅、調(diào)頻率

②調(diào)頻:使高頻電磁波的頻率隨信號(hào)而改變的調(diào)制技術(shù),如圖所示。

閃光語(yǔ)錄

無(wú)線電波的發(fā)射:由振蕩器(常用LC振蕩電路)產(chǎn)生高頻振蕩電流,用調(diào)制器將需傳送的電信號(hào)調(diào)制到振蕩電流上,再耦合到一個(gè)開放電路中激發(fā)出無(wú)線電波,向四周發(fā)射出去。應(yīng)用體驗(yàn)典例1

(多選)關(guān)于無(wú)線電波的發(fā)射過(guò)程,下列說(shuō)法正確的是(

)A.必須對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制B.必須使信號(hào)產(chǎn)生電諧振C.必須把傳輸信號(hào)加到高頻電流上D.必須使用開放回路ACD解析

電磁波的發(fā)射過(guò)程中,一定要對(duì)低頻輸入信號(hào)進(jìn)行調(diào)制,用開放電路發(fā)射;為了有效地向外發(fā)射電磁波,必須把傳輸信號(hào)加到高頻電流上,選項(xiàng)A、C、D正確。而產(chǎn)生電諧振的過(guò)程是在接收電路,選項(xiàng)B錯(cuò)誤。規(guī)律方法

LC電路與開放電路(1)如果LC電路是閉合的,它不利于向外發(fā)射電磁波,因?yàn)榘l(fā)射電磁波需要把振蕩電路的電場(chǎng)和磁場(chǎng)分散到盡可能大的空間中,才能有效地把能量傳播出去。(2)LC振蕩電路與開放電路耦合后,振蕩電路中產(chǎn)生的高頻振蕩電流通過(guò)兩個(gè)電路線圈間的互感作用,使開放電路中也產(chǎn)生同頻率的振蕩電流,振蕩電流在開放電路中激發(fā)出無(wú)線電波,向四周發(fā)射,所以發(fā)射出電磁波的頻率就等于LC振蕩電路中電磁振蕩的頻率。針對(duì)訓(xùn)練1(多選)為了有效地把能量以電磁波形式發(fā)射到盡可能大的空間,除了使用開放電路,還可以(

)A.增大電容器極板間的距離B.減小電容器極板的面積C.減少線圈的匝數(shù)D.采用低頻振蕩電流ABC

解析

使用開放電路和提高發(fā)射頻率是提高電磁波發(fā)射能力的兩種有效方探究二電磁波的傳播與接收情境探究萊頓瓶是一個(gè)玻璃瓶,瓶里瓶外分別貼有錫箔,瓶里的錫箔通過(guò)金屬鏈跟金屬棒連接,棒的上端是一個(gè)金屬球。由于它是在萊頓城發(fā)明的,所以叫萊頓瓶,這就是最初的電容器。如圖甲所示,用兩個(gè)萊頓瓶(附矩形發(fā)射框和帶氖管的矩形接收框)、感應(yīng)線圈和直流電源連成電路。如圖乙所示,發(fā)射框上的銅球與萊頓瓶上的銅球相距約1~2厘米,氖管兩端分別接萊頓瓶的內(nèi)壁和外壁金屬箔。感應(yīng)線圈高壓加在銅球和萊頓瓶上,使銅球間發(fā)生火花放電。(1)調(diào)節(jié)接收框上的可移動(dòng)的豎直金屬滑動(dòng)桿,使它從最右端慢慢向左移動(dòng),觀察接收框上的氖管發(fā)光有什么變化?(2)說(shuō)明產(chǎn)生這種變化的原因。要點(diǎn)提示

(1)滑動(dòng)桿向左滑動(dòng)的過(guò)程中,氖管先變亮后變暗,當(dāng)矩形接收框與發(fā)射框的大小差不多時(shí)氖管最亮。(2)當(dāng)兩框大小相等時(shí),兩框的自感系數(shù)近似相等,與萊頓瓶組成的LC振蕩電路的固有頻率近似相同,發(fā)射電路與接收電路發(fā)生電諧振,接收框接收到的信號(hào)最強(qiáng),所以氖管最亮。知識(shí)歸納1.電磁波的傳輸可以通過(guò)電纜、光纜進(jìn)行有線傳輸,也可實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳輸。電磁波的頻率越高,相同時(shí)間內(nèi)傳遞的信息量越大。2.電磁波的接收原理(1)電磁波在空間傳播時(shí),如果遇到導(dǎo)體,就會(huì)使導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電流,感應(yīng)電流的頻率跟激起它的電磁波的頻率相同。因此利用放在電磁波傳播空間中的導(dǎo)體,就可以接收到電磁波。(2)當(dāng)接收電路的固有頻率跟接收到的電磁波的頻率相同時(shí),接收電路中產(chǎn)生的振蕩電流最強(qiáng)。3.接收電路(1)調(diào)諧:當(dāng)接收電路的固有頻率跟接收到的電磁波的頻率相同時(shí),接收電路中產(chǎn)生的振蕩電流最強(qiáng)的現(xiàn)象稱為電諧振。使接收電路產(chǎn)生電諧振的過(guò)程稱為調(diào)諧。(2)解調(diào):又稱“反調(diào)制”,是從已調(diào)波中重現(xiàn)調(diào)制信號(hào)的過(guò)程。

調(diào)制逆過(guò)程

閃光語(yǔ)錄

無(wú)線電波的發(fā)射和接收過(guò)程

應(yīng)用體驗(yàn)典例2

調(diào)節(jié)收音機(jī)的調(diào)諧電路時(shí),可變電容器的動(dòng)片從全部旋入到完全旋出仍接收不到某較高頻率的電臺(tái)信號(hào),為接收到該電臺(tái)信號(hào),則應(yīng)(

)A.加大電源電壓B.減小電源電壓C.增加諧振線圈的圈數(shù)D.減少諧振線圈的圈數(shù)D解析

由于

,C越小、L越小,f越大。動(dòng)片旋出,正對(duì)面積S減小,C減小,S調(diào)到最小,即C最小時(shí),f還未達(dá)到高頻率f0,則必須使L減小,即減少諧振線圈數(shù),選項(xiàng)C錯(cuò)誤,D正確;頻率f與電源電壓無(wú)關(guān),選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤。規(guī)律方法

電磁波的傳播與接收1.電磁波在傳播過(guò)程中,如果遇到導(dǎo)體,會(huì)使導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流,因此,空中的導(dǎo)體可以用來(lái)接收電磁波。2.當(dāng)接收電路的固有頻率跟收到的電磁波的頻率相同時(shí),接收電路中產(chǎn)生的振蕩電流最大。旋轉(zhuǎn)調(diào)諧旋鈕的目的就是使我們需要的電磁波在接收天線中激起的感應(yīng)電流最大。3.使聲音或圖像信號(hào)從調(diào)諧電路接收到的高頻電流中還原出來(lái),這個(gè)過(guò)程叫解調(diào),它是調(diào)制的逆過(guò)程。針對(duì)訓(xùn)練2電視接收信號(hào)過(guò)程示意圖如圖所示,其工作過(guò)程順序正確的是(

)A.解調(diào)——放大——調(diào)諧——顯示B.調(diào)諧——放大——解調(diào)——顯示C.調(diào)諧——解調(diào)——放大——顯示D.放大——調(diào)諧——解調(diào)——顯示C解析

電視接收機(jī)首先利用電諧振通過(guò)調(diào)諧把空間高頻電流選出來(lái),然后解調(diào),取下信號(hào),最后經(jīng)放大后再傳給顯像管顯像,所以正確的順序是C。學(xué)以致用·隨堂檢測(cè)全達(dá)標(biāo)1231.簡(jiǎn)單的、比較有效的電磁波的發(fā)射裝置,至少應(yīng)具備以下電路中的(

)①調(diào)諧電路

②調(diào)制電路

③高頻振蕩電路

④開放振蕩電路A.①②③

B.②③④C.①④

D.①②④B解析

比較有效地發(fā)射電磁波的裝置應(yīng)該有調(diào)制電路、高頻振蕩電路和開放振蕩電路。調(diào)制電路是把需要發(fā)射的信號(hào)裝載在高頻電磁波上才能發(fā)射出去,高頻振蕩電路能產(chǎn)生高頻電磁波,開放振蕩電路能把電磁波發(fā)送得更遠(yuǎn)。而調(diào)諧電路是在接收端需要的電路。故選項(xiàng)B正確。1232.(多選)關(guān)于電磁波的發(fā)射與接收,下列說(shuō)法正確的是(

)A.發(fā)射的LC電路是開放的B.若振蕩電路頻率較低,則不能發(fā)射電磁波C.調(diào)諧是調(diào)制的逆過(guò)程D.接收電路也是一個(gè)LC振蕩電路ABD解析

如果LC電路是閉合的,它不能向外發(fā)射電磁波,因?yàn)榘l(fā)射電磁波需要把振蕩電路的